Le cycle de Calvin

Aperçu

La photosynthèse oxygénique transforme environ 200 milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO₂) par an en composés organiques et produit environ 140 milliards de tonnes d’oxygène atmosphérique (O₂). La photosynthèse est à la base de tous les besoins humains en nourriture et en oxygène.

Le processus photosynthétique peut être divisé en deux séries de réactions qui ont lieu dans différentes régions des chloroplastes végétaux : la réaction dépendante de la lumière et les réactions indépendantes de la lumière ou “ sombres ”. La réaction dépendante de la lumière a lieu dans la membrane thylakoïdienne du chloroplaste. Elle convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique, stockée sous forme d’ATP et de NADPH. Cette énergie est ensuite utilisée dans la région du stroma du chloroplaste, pour réduire le dioxyde de carbone atmosphérique en glucides complexes grâce aux réactions indépendantes de la lumière du cycle de Calvin-Benson.

Le cycle de Calvin-Benson

Le cycle de Calvin-Benson représente l’ensemble des réactions photosynthétiques indépendantes de la lumière. Il utilise l’adénosine triphosphate (ATP) et le nicotinamide-adénine dinucléotide phosphate (NADPH) générés pendant les réactions dépendantes de la lumière pour transformer le CO₂ atmosphérique en glucides complexes. Le cycle de Calvin-Benson régénère également l’adénosine diphosphate (ADP) et le NADP⁺ pour la réaction dépendante de la lumière.

Au début du cycle de Calvin-Benson, le CO₂ atmosphérique pénètre dans la feuille par des ouvertures s’appelant des stomates. Dans la région du stroma du chloroplaste, l’enzyme ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO) ajoute un atome de carbone du CO₂ à une molécule acceptrice de sucre à 5 carbones (5C), le ribulose-1,5- bisphosphate (RuBP). La molécule 6C qui en résulte est très instable et se divise en deux molécules d’acide 3-phosphoglycérique (3-PGA). L’enzyme 3-phosphoglycérate kinase utilise l’ATP pour phosphoryler ces molécules de 3-PGA pour former le 1,3-bisphosphoglycérate. La glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase utilise le NADPH pour réduire ces molécules afin de former le glycéraldéhyde 3-phosphate (G3P), un sucre 3C. Ce produit final donne naissance au nom de fixation du carbone en C₃ : un alias pour le cycle de Calvin-Benson.

Pour fixer six molécules de CO₂, le cycle de Calvin-Benson réduit 12 molécules de NADPH et 18 molécules d’ATP. Ces sources d’énergie sont réapprovisionnées par les réactions dépendantes de la lumière de la photosynthèse. Les six CO₂ sont fixés à six molécules 5C (RuBP) qui se divisent en 12 molécules 3C (G3P). Dix de ces molécules de G3P régénèrent six molécules de l’accepteur RuBP, pour poursuivre le cycle. Deux molécules de G3P sont transformées en un seul glucose. Le G3P peut également être utilisé pour synthétiser d’autres glucides, acides aminés et lipides.